La glutamato deshidrogenasa (GLDH, GDH) es una enzima que se observa tanto en procariotas como en mitocondrias eucariotas . La reacción antes mencionada también produce amoníaco, que en eucariotas se procesa canónicamente como sustrato en el ciclo de la urea . Normalmente, la reacción de α-cetoglutarato a glutamato no ocurre en mamíferos, ya que el equilibrio de la glutamato deshidrogenasa favorece la producción de amoniaco y α-cetoglutarato. La glutamato deshidrogenasa también tiene una afinidad muy baja por el amoníaco (alta constante de Michaelis de aproximadamente 1 mM) y, por lo tanto, tendrían que estar presentes niveles tóxicos de amoníaco en el cuerpo para que prosiga la reacción inversa (es decir, α-cetoglutarato y amoníaco a glutamato y NAD (P) +). Sin embargo, en el cerebro, la relación NAD + / NADH en las mitocondrias del cerebro fomenta la desaminación oxidativa (es decir, glutamato a α-cetoglutarato y amoníaco). [1] En las bacterias, el amoníaco se asimila a los aminoácidos a través del glutamato y las aminotransferasas. [2] En las plantas, la enzima puede actuar en cualquier dirección según el entorno y el estrés. [3] [4] Las plantas transgénicas que expresan GLDH microbianos mejoran su tolerancia a herbicidas, déficit hídrico e infecciones por patógenos. [5] Son más valiosos desde el punto de vista nutricional. [6]
glutamato deshidrogenasa (GLDH) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.4.1.2 | |||||||
No CAS. | 9001-46-1 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
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FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
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MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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glutamato deshidrogenasa [NAD (P) +] | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.4.1.3 | |||||||
No CAS. | 9029-12-3 | |||||||
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Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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glutamato deshidrogenasa (NADP +) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.4.1.4 | |||||||
No CAS. | 9029-11-2 | |||||||
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Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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La enzima representa un vínculo clave entre las vías catabólicas y anabólicas y, por lo tanto, es omnipresente en los eucariotas. En los seres humanos, los genes relevantes se denominan GLUD1 (glutamato deshidrogenasa 1) y GLUD2 (glutamato deshidrogenasa 2), y también hay al menos 8 pseudogenes de GLDH en el genoma humano , probablemente reflejando influencias microbianas en la evolución eucariota.
Glutamato
α-cetoglutarato
Aplicacion clinica
La GLDH se puede medir en un laboratorio médico para evaluar la función hepática. Los niveles elevados de GLDH en suero sanguíneo indican daño hepático y la GLDH juega un papel importante en el diagnóstico diferencial de la enfermedad hepática, especialmente en combinación con aminotransferasas . La GLDH se localiza en las mitocondrias , por lo que prácticamente no se libera en enfermedades inflamatorias generalizadas del hígado como las hepatitis virales. Las enfermedades hepáticas en las que la necrosis de los hepatocitos es el evento predominante, como el daño hepático tóxico o la enfermedad hepática hipóxica, se caracterizan por niveles elevados de GLDH en suero. La GLDH es importante para distinguir entre hepatitis viral aguda y necrosis hepática tóxica aguda o enfermedad hepática hipóxica aguda, particularmente en el caso de daño hepático con aminotransferasas muy altas. En los ensayos clínicos , GLDH puede servir como medida de la seguridad de un medicamento.
El EIA (inmunoensayo enzimático) para la toxina de Clostridioides difficile o la glutamato deshidrogenasa se puede utilizar como diagnóstico en pacientes con colitis pseudomembranosa.
Cofactores
NAD + (o NADP + ) es un cofactor de la reacción de la glutamato deshidrogenasa, que produce α-cetoglutarato y amonio como subproducto. [4] [7]
Según el cofactor que se utilice, las enzimas glutamato deshidrogenasa se dividen en las siguientes tres clases:
- EC 1.4.1.2: L-glutamato + H 2 O + NAD + 2-oxoglutarato + NH 3 + NADH + H +
- EC 1.4.1.3: L-glutamato + H 2 O + NAD (P) + 2-oxoglutarato + NH 3 + NAD (P) H + H +
- EC 1.4.1.4: L-glutamato + H 2 O + NADP + 2-oxoglutarato + NH 3 + NADPH + H +
Papel en el flujo de nitrógeno
La incorporación de amoniaco en animales y microbios se produce a través de las acciones de la glutamato deshidrogenasa y la glutamina sintetasa . El glutamato juega un papel central en el flujo de nitrógeno de mamíferos y microbios, y actúa como donante y aceptor de nitrógeno.
Regulación de la glutamato deshidrogenasa
En humanos, la actividad de la glutamato deshidrogenasa se controla mediante ADP-ribosilación , una modificación covalente realizada por el gen sirt4 . Esta regulación se relaja en respuesta a la restricción calórica y la hipoglucemia . En estas circunstancias, se aumenta la actividad de la glutamato deshidrogenasa para aumentar la cantidad de α-cetoglutarato producido, que puede usarse para proporcionar energía al usarse en el ciclo del ácido cítrico para producir finalmente ATP .
En los microbios, la actividad está controlada por la concentración de amonio o el ión rubidio de tamaño similar, que se une a un sitio alostérico en GLDH y cambia la K m ( constante de Michaelis ) de la enzima. [8]
El control de GLDH a través de ADP-ribosilación es particularmente importante en insulina -producir células ß . Las células beta secretan insulina en respuesta a un aumento en la proporción ATP: ADP y, a medida que GLDH descompone los aminoácidos en α-cetoglutarato, esta proporción aumenta y se secreta más insulina. SIRT4 es necesario para regular el metabolismo de los aminoácidos como método para controlar la secreción de insulina y regular los niveles de glucosa en sangre.
Se descubrió que la glutamato deshidrogenasa de hígado bovino estaba regulada por nucleótidos a fines de la década de 1950 y principios de la de 1960 por Carl Frieden. [9] [10] [11] [12] Además de describir los efectos de nucleótidos como ADP, ATP y GTP, describió en detalle el diferente comportamiento cinético de NADH y NADPH. Como tal, fue una de las primeras enzimas en mostrar lo que luego se describió como comportamiento alostérico. [13]
Las mutaciones que alteran el sitio de unión alostérico de GTP provocan la activación permanente de la glutamato deshidrogenasa y conducen al síndrome de hiperinsulinismo-hiperamonemia .
Regulación
Regulación alostérica :
Esta proteína puede utilizar el morpheein modelo de regulación alostérica . [7] [14]
Inhibidores alostéricos:
- Trifosfato de guanosina (GTP)
- Trifosfato de adenosina (ATP)
- Palmitoil-CoA
- Zn 2+
Activadores:
- Difosfato de adenosina (ADP)
- Leucina
- l-isoleucina
- l-valina
- Difosfato de guanosina
Otros inhibidores:
- EGCG [15]
Además, GLDH de ratones muestra inhibición del sustrato por lo que la actividad de GLDH disminuye a concentraciones elevadas de glutamato. [7]
Isoenzimas
Los seres humanos expresan las siguientes isoenzimas de glutamato deshidrogenasa :
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Ver también
- Reacciones anapleróticas
Referencias
- ^ McKenna MC, Ferreira GC (2016). "Complejos enzimáticos importantes para el ciclo glutamato-glutamina". Avances en neurobiología . 13 : 59–98. doi : 10.1007 / 978-3-319-45096-4_4 . ISBN 978-3-319-45094-0. PMID 27885627 .
- ^ Lightfoot DA, Baron AJ, Wootton JC (mayo de 1988). "La expresión del gen de la glutamato deshidrogenasa de Escherichia coli en la cianobacteria Synechococcus PCC6301 provoca tolerancia al amonio". Biología Molecular Vegetal . 11 (3): 335–44. doi : 10.1007 / BF00027390 . PMID 24272346 . S2CID 21845538 .
- ^ Mungur R, Glass AD, Goodenow DB, Lightfoot DA (junio de 2005). "Huella de metabolitos en Nicotiana tabacum transgénica alterada por el gen de la glutamato deshidrogenasa de Escherichia coli" . Revista de Biomedicina y Biotecnología . 2005 (2): 198–214. doi : 10.1155 / JBB.2005.198 . PMC 1184043 . PMID 16046826 .
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- ^ Lightfoot DA, Bernhardt K, Mungur R, Nolte S, Ameziane R, Colter A, Jones K, Iqbal MJ, Varsa E, Young B (2007). "Mejora de la tolerancia a la sequía de las plantas transgénicas de Zea mays que expresan el gen de la glutamato deshidrogenasa (gdhA) de E. coli". Euphytica . 156 (1–2): 103–116. doi : 10.1007 / s10681-007-9357-y . S2CID 11806853 .
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- ^ Pournourmohammadi S, Grimaldi M, Stridh MH, Lavallard V, Waagepetersen HS, Wollheim CB, Maechler P (julio de 2017). "La epigalocatequina-3-galato (EGCG) activa la AMPK mediante la inhibición de la glutamato deshidrogenasa en las células ß del músculo y del páncreas: ¿un posible efecto beneficioso en el estado prediabético?" . La Revista Internacional de Bioquímica y Biología Celular . 88 : 220-225. doi : 10.1016 / j.biocel.2017.01.012 . PMID 28137482 .
enlaces externos
- Glutamato + deshidrogenasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .